汽车系统动力学动力传动系统的扭振分析

动力传动系统扭转振动的分析及控制任丽丽;施善;刘友波【摘要】随着国内汽车企业对车辆质量要求的升级，噪声振动的控制技术备受重视，来自系统设计相关的噪声振动需要靠实车测试及计算机模拟的配合来解决。

动力传动系统的扭转共振就是一个这样的噪声振动问题，利用系统化步骤解决这个问题的优点是它适用于各种类型的车辆，仿真模拟是解决这个问题的核心技术。

首先根据发动机到车桥整个动力系各单元部件的转动惯量、扭转刚度及阻尼来建振动力学模型，然后分析系统的自然频率、模态及频响，进行数模的开发过程与测试对比，这种方法对车辆性能优化问题非常有效。

%Vehicle NVH control has gained increasing attention of domestic auto makers in an effort to promote vehicle’s quality. To solve the problem, the integrated product testingand simulation modeling are necessary. One example of system NVH problem that can be benefited by this approach is the powertrain torsional vibration. The key technology in this approach is the development of an effective simulation model. First of all, dynamic parameters such as the torsional stiffness, moment of inertia and torsional damping of individual parts are measured or calculated. Then, these parameters are used to simulate the powertrain torsional vibration for its natural frequencies, mode shapes and frequency responses. With this method, the vehicle’s performance can be optimized easily.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】6页(P20-25)【关键词】振动与波;扭转振动;动力传动系统;频率;频响;阻尼【作者】任丽丽;施善;刘友波【作者单位】北汽福田汽车股份有限公司乘用车设计院，北京 102206;北汽福田汽车股份有限公司乘用车设计院，北京 102206;北汽福田汽车股份有限公司乘用车设计院，北京 102206【正文语种】中文【中图分类】U467.4+92近年来，随着生活水平的提高，选择车辆时，人们更注重车辆的各种性能，如NVH、操控性、舒适性等。

汽车动力传动系统振动问题及解决方法综述摘要：发动机的动力经过汽车传动系传给驱动轮的同时,也把振动传送给了整个汽车。

汽车的振动和噪声的来源之一是汽车动力传动系。

弯曲振动和扭转振动除了自己的固有振动特性外还存在振动耦合。

弯曲振动、扭转振动及弯-扭振动藕合，影响车辆行驶平顺性，影响乘坐舒适性和缩短零部件使用寿命。

现代汽车正向着速度高、功率大的方向发展,然而，发动机震动幅度的增大是使汽车产生振动的主要原因，因此，探索汽车动力传动系的振动，对改变汽车的振动和噪声具有非常重要的实际意义。

关键词：汽车动力；传动系统振动；解决方法；前言：汽车动力传动系统作为汽车重要的组成部分，其基本功能是将发动机的动力传递给车轮，使汽车能够在一定速度下正常行驶，并努力提高汽车的动力性与经济性。

与此同时，传动系统的振动也是导致整车振动的重要因素。

一、汽车动力传动系统振动的研究现状上世纪六十到八十年代，由于汽车结构向轻量化、大功率发展的需求以及人们对汽车乘坐舒适性和可靠性要求的日益提高，由扭振引起的事故频繁发生，加之相关法规也对汽车室内室外噪声的限制也越来越严格，使得人们对开始对汽车扭振进行全方面的研究。

另外，计算机技术的快速发展和广泛应用，也为扭振在计算方面的研究提供了可能。

近年来，国内学者对动力传动系统扭振特性研究也提出了自己的观点，并尝试着将传统的模态综合分析理论与试验模态分析技术相结合，进一步分析扭振产生的机理以及探讨相应的解决办法。

二、汽车动力传动系统振动问题研究1.对于汽车动力传动系统减振技术的研究，一般可以按照以下几个步骤进行：(1)根据所研究车型的振动问题，以该车型动力传动系统作为研究对象，根据该车型传动系统的特点，确定具体的研究方案，如建模方法和计算仿真方法等。

(2)对所研究车型传动系统的振动问题，在不同的工况下进行特征试验，得到该车型传动系统在振动问题上的各项试验数据以及某些建模所需的相关参数。

(3)对该车型传动系统相关部件进行结构参数和基础数据的测量和计算，并对传动系统进行简化和抽象，建立动力学模型。

汽车传动系统的扭转振动作者：王思来源：《环球市场信息导报》2015年第08期车辆是由多个具有振动特性的子系统组成的复杂振动系统，作为车辆噪音和振动主要来源地的动力传动系统的主要振动形式就是扭转振动。

由于发电机组工作的不平稳导致性导致汽车传动系统随着发电机组的工作产生强烈而复杂的扭转振动；汽车传动系统的扭转振动的振动频率与汽车传动系统扭转振动的固定振动频率相同时，会发生传动系统扭转振动与发电机组的共振，这种共振具有高度的耦合性，将会严重影响驾驶员的驾驶安全和驾驶的舒适性。

因此，随着汽车的不断普及，研究汽车传动系统的扭转振动，对减少车辆驾驶过程中产生的噪音和振动和提高驾驶员驾驶的舒适性和安全性具有重要作用。

本文将主要讨论研究汽车传动系统扭转振动的研究模型和研究展望等方面，实现较少汽车驾驶噪音和提高驾驶员驾驶汽车的舒适性和安全性。

汽车传动系统的扭转振动产生的主要原因就是汽车传动轴与万向节之间存在一定的夹角。

当汽车在高转率下行驶时往往会加重汽车传动系统的扭转振动，从而严重影响了汽车的动力传动性和平衡性，同时，当汽车传动系统的扭转振动等于汽车传动系统的固定振动频率时就会产生共振现象，这种共振相对于在高转率下的扭转振动具有更大的危害性，他不仅会使共振荷载达到最大，严重影响到汽车传动系统的使用周期和使用安全，同时，在这种共振作用下，传动系统的振动的扭转振动和驱动系统的振动在垂直振动方向形成耦合，严重影响了驾驶员驾驶的舒适性和安全性。

因此，鉴于汽车传动系统扭转振动的危害，有必要明确汽车传动系统扭转振动的研究方法并不断完善研究方法，在方法的基础上，提出研究汽车传动系统扭转振动的新目标，不断改进研究方法，提高模型建立精度，从而将理论运用与实践之中，减少汽车传动系统扭转振动的危害。

研究方法传动的理论计算分析法是目前汽车动力传动扭转振动特性的主要研究办法。

随着科学技术手段的不断发展，汽车传动系统扭转振动的研究技术和相关数据处理等方面取得了较快的发展，研究模型从简单的三个自由度模型向多个自由度模型的转变，这种研究模型相较于传统的研究模型更加的贴近实际情况，更有利于准确的分析汽车传动系的扭转振动。

10.16638/ki.1671-7988.2017.08.044车辆动力系统扭振分析与测试李连（重庆车辆检测研究院有限公司，重庆401122）摘要：文章对某前置后驱型微车的动力传动系的扭转振动特性进行研究。

首先根据车辆传动系统的结构特点，利用多体动力学理论对该车传动系统各部件进行等效转化，利用Excite Designer软件建立传动系扭转振动的多体动力学模型，计算分析在不同离合器扭转刚度下的传动系扭振特性和变速箱输入端转速波动情况。

最后通过测量装配不同扭转刚度离合器时车辆噪声振动，对模型计算结果进行了辅助验证。

研究表明，离合器扭转刚度的变化对车辆传动系的扭振影响很大，低扭转刚度的离合器能有效抑制因发动机转速波动引起的传动系统的扭振，并对车辆的NVH性能提升有一定的贡献。

关键词：动力传动系；扭转振动；离合器中图分类号：U467.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)08-130-03Vehicle powertrain torsional vibration analysis and testingLi Lian( Chongqing vehicle test research institute co., LTD, Chongqing 401122 )Abstract: In this paper, it is studied for torsional vibration characteristics of a kind of rear-drive vehicle's powertrain. Firstly, according to the structural characteristics of the vehicle drive system, equivalent transformations of the various components of the vehicle drive system is established through the multi-body dynamics model. Then, the torsional vibration characteristics are analyzed with clutches in driveline with different torsional stiffnesses. At last, NVH tests are carried out to verify the analysis results. The study shows that the clutch torsional stiffness is of important influence on vehicle vibration and noise in a way that low torsional stiffness clutch can effectively isolate the transmission of torsional vibration caused by engine and it would make contribution to the vehicle NVH performance.Keywords: Powertrain; Torsional vibration; ClutchCLC NO.: U467.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)08-130-03前言对于前置后驱车型，动力传动系统一般由发动机、离合器、变速器、传动轴、主减速器、半轴等组成，各部件的转动惯量和扭转刚度分布很不均匀，是一个复杂的多自由度扭振系统，由传动系统的扭振引起的车内轰鸣声问题是整车NVH中常见的问题之一。

车辆动力传动系统扭转振动研究的理论与方法*赵海波1,2,项昌乐1,刘　辉1(1.北京理工大学,北京100081;2.沈阳理工大学,辽宁沈阳110168)摘　要:旋转轴系的扭转振动是车辆动力传动系统的基本振动形式之一,也成为影响车辆整体性能的重要因素。

本文阐述了动力传动系统扭转振动的产生、危害及研究意义,对动力传动系统扭振研究的建模方法进行了探讨,综述了扭振研究的理论和方法,并对扭振研究的发展进行了展望。

关键词:动力传动系统;扭转振动(扭振);建模中图分类号:TJ810.32 文献标识码:A 扭转振动是车辆振动的一种主要形式,是影响车辆NVH(Noise、V i b r a ti o n＆H a rshness)性能的一个重要原因。

扭振将使车身产生振动和噪声,从而影响乘坐的舒适性。

当发生共振时,扭振振幅和由此而引起的零件应力急剧增大,有时可能达到非共振时工作应力的好几倍,将导致曲轴、传动箱发生扭转性疲劳断裂,传动部件发生撞击、点蚀或断齿,连接部件损坏,产生强烈的噪声,并最终导致车辆动力传递的中断。

[1-3]扭振研究是车辆动力传动系统基础的研究课题之一。

通过对系统扭振的分析研究,可为系统内部零部件强度设计提供依据,可通过对扭振模型中刚度、阻尼、激励等参数的研究,采取有效的减振、隔振、避振等手段,以提高车辆动力传动系统的性能和寿命,从而提高车辆的动力性和乘坐舒适性。

1　动力传动系统扭振研究的建模方法车辆动力传动系统是一个连续、复杂的质量系统,在进行系统分析时必须对系统进行简化。

对动力传动系统进行简化建模的方法,目前主要有分布质量模型和集中质量模型2种。

1.1　分布质量模型把轴系看作是一个具有分布参数的连续物理体,分布质量模型是其精确的描述[4]。

轴系的分布质量模型用偏微分方程的形式表示,一般可用数值方法求解,结果可达到很高的精度,但是计算复杂,计算速度比较低,在系统仿真、设计中应用比较困难,所以使用分布质量模型计算时需要进行离散、降阶等处理。

车辆动力传动系统轴系扭振仿真及分析Shaft Torsional Vibration Simulation and Analysis ofVehicle Power-train杨守平张付军(北京理工大学军用车辆动力系统技术国防重点学科实验室，北京 100081)摘 要:扭振是车辆动力传动系统轴系失效的重要因素之一，开展轴系扭振动力学仿真研究，具有重要的现实意义。

首先采用GT-CRANK软件建立某车辆动力传动系统2档、5档当量系统模型，并综合考虑燃气压力、往复惯性力和往复部件重力产生的激励力矩。

从激励力矩的傅立叶变换可以看出，激励能量集中在6.5谐次以下。

通过自由振动和强迫振动计算发现：装有高弹性联轴器的动力传动系统，可以将发动机曲轴系统与从动机构的扭振特性分开考虑，而不会对彼此产生影响；发动机曲轴系统的共振频率远远高于从动机构的共振频率。

关键词:动力传动系统；扭振；弹性联轴器；GT-CRANKAbstract：Torsional vibration is one of the most important malfunctional factors of vehicle power-train, and the investigation into it is of great significance. Firstly,a vehicle power-train system gear 2 and gear 5 equivalent dynamic models are built using the GT-CRANK software in this paper, with consideration of gas pressure, reciprocating inertia torque and torque caused by reciprocating components gravity synthetically. From Fourier Transform figures of excitation torque, energy concentrates below order 6.5. Finally，according to the simulation results of free vibration and forced vibration, the torsional vibration characteristics between the engine crankshaft system and driven components could be taken into account respectively with vehicle power-train installing high elastic coupling. The resonance frequency of the engine crankshaft is much high than that of driven component’s. Key words: power-train; torsional vibration; elastic coupling; GT-CRANK1 引言动力传动系统是车辆重要组成部分，通常由活塞式内燃机（汽油机、柴油机等）、变速装置（液力-机械变速装置或机械变速装置），转向装置等构成，其性能直接影响车辆的动力性和燃油经济性。

扭振测量和QTV介绍1.引言噪声及振动问题,在旋转部件开发中,是一个必须充分重视的因素。

就车辆而言,旋转机械或旋转部件包括：发动机(引擎),动力传动系, 变速装置, 压缩机和泵等等。

对它们的动力特性, 必须了解得非常透彻, 力图实现宁静、平顺、安全地运转。

通常, 对线振动和角振动的测量和分析, 是分头进行的。

旋转件横向振动的测量方法, 是大家熟悉的,研究得已经比较透彻，为了充分把握结构的动力特性, 通常会实施多通道并行的测量和分析。

而扭振测量则需使用专门的设备, 它们一般并不集成在一总体动力学测试系统内。

2.扭振的“源—传导—接收”模型研究动力学问题的一般方法,是建立所谓“源—传导—接收”模型（图1）。

在某一部位（接收部位）观测到的响应,视为由源和源在结构上沿某途径传导产生的效果。

由于结构的共振或反共振效应，源可能在传导过程中被放大或者被衰减。

此外，它们可能沿多个不同途径，传导至接收部位。

图1 扭振的“源——传导——接收”模型接收部位或响应部位的振动，通常是刚体运动伴随柔体运动的复合现象。

前者一般不产生交变应力，后者则会引起交变应力，并成为某种耐久性问题的根源。

传递途径分析（TPA）涉及到某接收部位对源的干扰，这种干扰经由其可能的传导途径，并依赖于传导途径固有的动力学特性，影响整个结构的响应。

用同样的方法，我们来研究扭转振动。

先是有一个“源”，譬如说，发动机给出的交变输入力矩。

力矩传递过程，牵涉到轴系、齿轮传动系或皮带传动系等的动力特性。

最终表现出来的，是旋转件的转速变化。

如果沿整个轴，各部位的转速变化都是相同的、一致的，那么在严格的意义上，这不能算作是扭振，仅仅只是转速在变罢了（这相当于线振动分析中的刚体模态）。

仅当沿轴不同部位检测到的转速增量有幅值和相位的相对变化时，扭振才确实发生了。

当激励频率接近于扭振谐振频率时，会导致旋转件产生很大的内应力。

如果未设置专门的监测设备，就有可能发生严重的耐久性问题。

乘用车加速工况动力传动系扭振分析与改进袁旺;田子龙;杨志坚;丁康【摘要】采用简化的活塞曲柄连杆机构,以实测时变缸压为激励,同时考虑了曲柄连杆机构时变转动惯量、离合器非线性刚度、齿轮侧隙和齿轮啮合时变刚度等因素,建立了乘用车动力传动系3挡集中参数扭振模型,计算分析了传动系固有振动特性.进行3挡全油门加速工况下的试验和仿真,对比其飞轮、输入轴和输出轴的2阶主谐次扭振加速度信号,验证了模型的有效性.分析系统的扭振响应发现在2500~2700r/min之间系统发生共振现象,输入轴的最大扭振加速度值为1650rad/s2.在模型中换用双质量飞轮后的试验和仿真都表明,在整个加速区间内避免了扭转共振现象,输入轴的最大扭振加速度值大幅度减小至313.6rad/s2.%By adopting simplified piston-crank-connecting rod mechanism with measured time-varying cylin-der pressures as excitation and considering several factors including the time-varying moment of inertia of crank-con-necting rod mechanism,the nonlinear stiffness of clutch,backlash and time-varying meshing stiffness of gear pairs, a third-gear lumped parameter torsional vibration model of car power-train is built,with the natural vibration charac-teristics of powertrain calculated and analyzed. Both simulation and test are conducted on the condition of third-gear full-throttle acceleration to compare the 2nd-order torsional vibration acceleration signals of flywheel,input shaft and output shaft,with the effectiveness of the model built validated. The analysis on the torsional vibration response of system shows that resonance happens in the speed interval of 2 500~2 700r/min with a peak torsional vibration ac-celerationof input shaft reaching 1 650rad/s2. The results of simulation and test on the model with dual mass fly-wheel indicate that torsional resonance is avoided in the whole range of acceleration interval with a peak torsional vi-bration acceleration of input shaft significantly reduces to 313rad/s2.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2018(040)001【总页数】8页(P91-97,113)【关键词】动力传动系;扭振;非线性;双质量飞轮【作者】袁旺;田子龙;杨志坚;丁康【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广州 510641;广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院,广州 511434;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州 510641【正文语种】中文前言汽车动力传动系主要包括发动机、变速器、驱动桥和车轮等部件，是以旋转运动为主的轴系扭转系统。